破解乌药基因组密码：为传统中药开发与植物进化研究筑牢根基

　　为解决因缺乏完整基因组而无法从分子层面分析乌药（Lindera aggregata）主要化学成分合成途径及药理作用机制的问题，研究人员开展了乌药染色体水平基因组组装及注释的研究。成功组装出约 1.59 Gb 的基因组，注释出 33,283 个基因。这为乌药资源开发利用及樟科植物进化研究提供关键基础。

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　　在传统中医药的宝库中，乌药（Lindera aggregata）是一颗璀璨的明珠，尤其浙江天台的乌药，凭借其卓越的药用价值闻名遐迩。它不仅能理气止痛、温肾散寒，用于治疗腹痛、痛经、尿频等多种病症，还蕴含着巨大的经济潜力，在香料、油脂加工等领域也有广阔应用前景 。然而，长期以来，由于缺乏完整的基因组信息，科研人员就像在黑暗中摸索，无法深入到分子层面去解析乌药主要化学成分的合成路径，也难以揭示其发挥药理作用的内在机制，这极大地限制了乌药的进一步开发利用，也阻碍了对樟科植物进化关系的研究。

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为了突破这些困境，台州学院浙江省植物进化生态与保护重点实验室等机构的研究人员踏上了探索乌药基因组奥秘的征程。他们的研究成果发表在《Scientific Data》上，为乌药研究领域带来了新的曙光。

研究人员运用了多种先进的技术方法来开展此项研究。在样本采集方面，从浙江天台 “乌药” 种植基地的成年植株上采集新鲜幼叶用于提取基因组 DNA，同时采集幼叶、果实、茎、花芽、直根和结节状块根等不同组织，为后续转录组测序做准备。在测序技术上，综合运用了 PacBio HiFi 测序（获取 91.80 Gb 数据，覆盖度达 55×）、Illumina 测序（获得 101.13 Gb 数据，覆盖度 60× ）、Hi-C 测序（236.46 Gb 数据）以及 RNA-seq 测序（39.40 Gb 数据） 。借助这些数据，通过 Hifiasm、ALLHIC 等软件完成基因组组装，使用多种工具组合进行基因组注释。

在研究结果方面：

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• 基因组特征解析：通过多种测序数据的整合分析，成功组装出大小约为 1.59 Gb 的乌药基因组，其 scaffold N50 长度达到 132.62 Mb 。惊人的是，约 93.07% 的组装序列被精准锚定到 12 条假染色体上，基因组中重复序列占比高达 70.02%，其中长末端重复序列（LTRs）最为丰富，占基因组的 37.78%。这表明乌药基因组结构较为复杂，与其他樟科植物相比，有着独特的基因组特征。
• 基因预测与功能注释：研究人员在乌药基因组中预测出 33,283 个基因，其中高达 96.95% 的基因能够预测其功能。这些基因就像一本本 “说明书”，蕴含着乌药生长发育、代谢调控等诸多生命活动的关键信息。通过对基因功能的深入挖掘，为后续探究乌药活性成分合成机制以及药理作用原理奠定了坚实基础。
• 进化关系与基因家族分析：通过对乌药与其他 16 种已测序植物的基因家族聚类分析，发现 17 个物种共聚类出 38,831 个基因家族，其中 5527 个为共享基因家族，且每个物种都共享 381 个单拷贝基因家族 。进一步与 5 种相关物种比较，鉴定出乌药基因组中有 3092 个独特的基因家族。同时，基于四倍简并同义位点（4DTv）分析，揭示了乌药与其他樟科植物共享全基因组复制（WGD）事件。此外，研究还发现乌药有 101 个基因家族显著扩张，64 个基因家族显著收缩 。扩张的基因家族主要富集在代谢、环境适应、植物 - 病原体相互作用等 KEGG 通路以及膜、信号转导等 GO 功能中；收缩的基因家族则主要与丝氨酸型内肽酶活性、萜类生物合成过程等相关。这一系列结果为深入理解樟科植物的进化历程和乌药的适应性进化提供了重要线索。

在研究结论和讨论部分，该研究成功构建的高质量乌药染色体水平基因组及注释，意义重大。从资源利用角度看，为乌药活性成分的合成生物学研究、分子辅助育种提供了关键的遗传信息，有望推动乌药质量提升和新品种培育，提高其在医药、香料等行业的应用价值。从进化研究角度出发，为深入探究樟科植物的系统发育关系提供了关键分子依据，有助于揭示樟科植物的进化规律和物种形成机制。这一成果就像一把钥匙，打开了乌药深入研究的大门，为传统中药现代化研究和植物进化生物学研究开辟了新的道路，让我们对乌药这一传统药用植物有了更深入、更全面的认识，也为后续相关研究奠定了坚实基础。

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